【正文】 ............................ 25 LM1875 的工作原理： ......................................... 25 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 ii LM1875 的電路特點 ........................................... 26 第四章 電路設(shè)計 ................................................. 28 穩(wěn)壓電源的設(shè)計 .............................................. 28 典型應(yīng)用電路 ................................................. 29 雙電源功率放大器原理圖 ....................................... 31 雙電源音頻功率放大器 PCB 圖 ................................... 32 第五章 PCB 的制作 ................................................. 33 對元器件的前期準(zhǔn)備 ........................................... 33 Sch 原理圖應(yīng)注意常見問題 ..................................... 34 PCB 設(shè)計中應(yīng)注意的問題 ....................................... 35 焊盤應(yīng)注意的常見問題 ......................................... 37 第六章 總 結(jié) ..................................................... 38 參考文獻 ........................................................... 39 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 前 言 隨著車載娛樂系統(tǒng)的發(fā)展，對功放部分的要求也越來越高：大功率、高效率（低散熱）、多通道、高保真、智能診斷及保護功能。新興的全數(shù)字音頻放大器對數(shù)字音源輸出的音頻信號進行直接處理和放大，可以方便地實現(xiàn)高保真、高效率和低成本的音頻放大器，因而可以為數(shù)字音源、音頻處理和功率放大的整合設(shè)計提供了完整的端到端數(shù)字解決方案具有推動音箱的能力。其作用是將音頻輸入的信號進行選擇與入處理，進行功率放大，使電信干擾小。音頻功率放大器從電路從結(jié)構(gòu)上來分有， OTL， OCL， BTL。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 第一章 概 述 功率放大電路主要實現(xiàn)信號電壓和電流的放大，以便送到執(zhí)行機構(gòu)中去完成某種任務(wù)，如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作或儀表指示等。本論文的研究主要涉及 車載 音頻功率放大器的設(shè)計 及仿真 。 音調(diào)：是人耳對聲音調(diào)子高低的主觀感覺，聲調(diào)的高低與聲音的物理量“頻率”有關(guān)，其對應(yīng)人耳的聽覺范圍為： 20H乃以0KHz稱之為可聽聲，低于 20Hz稱為次聲，高于 20K№稱為超聲，人耳對 3KHz^4KHz的聲音最敏感。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 音響的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 音響由前置放大器和功率放大器構(gòu)成。功率放大器，承擔(dān)放大任務(wù)，是將前置放大器輸出的音頻信號進行功率放大，以推動揚聲器發(fā)聲。 放大器技術(shù)指標(biāo) 1．額定功率：音頻放大器輸出失真度小于某一數(shù)值 (r1％ )的最大功率稱為額定功率，表達式： Po． U02／ RL， uo為負(fù)載兩端的最大不失真電壓， RL為額定負(fù)載阻抗。 功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻 RL(代替揚聲器 )，輸入端接uI，逐漸增大 輸入電壓 uI，直到 Uo的波形剛好不出現(xiàn)諧波失真 (r1％ )，此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓。 2．頻率響應(yīng)：放大器的電壓增益相對于中音頻‘ (1Ⅺ拋 )的電壓增益下降 3dB時所對應(yīng)的低音頻率 fi和高音頻率 fi稱為放大器的頻率響應(yīng)。 3．輸入靈敏度：使音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓 (有效值 )稱為靈敏度。 測量條件；使輸入端對地短路，音量電位器調(diào)至最大值，用示波器觀察輸出 負(fù)載 RL 的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。其原因在于過去只有電子管這樣的器件， B類 (乙類 )電子管放大器產(chǎn)生的失真 使它們甚至在公共廣播用時都難于被人們所接受。 隨著半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和發(fā)展，放大器的設(shè)計得到了更多的自由。這里將各種類別的放大器簡介如下。 A 類（甲類）放大器 A 類放大器（圖 328）對音頻波形的兩個半周使用相同的晶體管。純 A 類放大器效率非常低，即使沒有音頻輸出也會產(chǎn)生大量熱量。許多人認(rèn)為 A 類放大器的聲音好于其它類型的放大器，這在某些方面 可能是正確的 圖 11 A 類放大器示意圖 圖 12 A 類放大器示意圖 A 類放大器的特性是高保真與低效率。某些情況下， 輸出信號與輸入信號之間可能會有一個相位差（一般是 180176。如果輸出信號在形態(tài)或頻率上與輸入信號有差異，則信號就失真了。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 B 類（乙類）放大器 B 類放大器（圖 13）在波形的每個半周分別使用不同的晶體管進行放大。在 B 類放大器中，會有少部分波形出現(xiàn)失 真。在純 B 類放大 器中，輸出晶體管沒有被偏置在 ON（導(dǎo)通）的工作狀態(tài)。波形每個半周（正半周和負(fù)半周）的輸出晶體管都有一個 的不導(dǎo)通區(qū)域（圖 13）。 信號中的這一失真是不希望出現(xiàn)的（與源信號相 比）。 B 類放大器的效率是 A 類放大器的兩倍，因為放大器件只在輸入信號的一半時間導(dǎo)通（并消耗功率）。 B 類放大器則會造成信號失真，不適用于音頻放大器。 AB 類放大器是有恒定小偏置電流流過輸出晶體管的 B 類放大器，這樣可以消除交越失真。與純 A 類放大器不同的是電流量大小不同。純 B 類放大器的輸出晶體管在沒有輸入信號時則沒有電流通過。AB 類放大器的效率可高達 65%。負(fù)載包括揚聲器阻抗和一個無源濾波器。為了更好地說明為什么這種方式比傳統(tǒng)線性放大器更適合于移動或便攜設(shè)備，我們必須查看各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣之處。由于節(jié)省了輸出濾波器，從而降低了元件數(shù)量，簡化了電路設(shè)計，且減小了電路板面積。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 圖 16 D 類放大器示意圖 圖 17 全差分輸入輸出 D 類放大器 LM4667 AB 類放大器與 D 類放大器效率比較 圖 18顯示效率比較曲線，上方的曲線是 D 類放大器的效率，下方的曲 線是 AB 類放大器的效率。巨大的效率差（ 40% 以上）意味著無用功率（產(chǎn)生熱量）和降低電池的使用時間。 B 類放大器一般不用于音頻領(lǐng)域，因為 B 類放大器波形的一小部分會發(fā)生交越失真。 D 類放大器的效率很高。但是 D 類放大器存在 EMI 電磁干擾、頻率響應(yīng)范圍窄、動態(tài)范圍窄、低通濾波器大電感大電容、對電源要求高等問題 AB 類放大器 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 的實際工作效率在 3040%間徘徊，而 D 類放大器的效率可輕易達到 80%。 設(shè)計 要求 ： 1．輸出功率： 20W。 3．通頻帶 Δ fs: 為 20HZ– 20KHZ。 12dB）， 100HZ（177。 線路輸入： 。而乙類功放與甲類功放最主要的不同點就是靜態(tài)電流小，因此無信號時消耗功率小，可獲得較高的效率；但是，乙類功放在工作時，由于兩只晶體管交替導(dǎo)通與截止，因而，在兩管輸出信號波形的銜接處，會產(chǎn)生交越失真；而且功放管在從反偏到零偏再轉(zhuǎn)為正偏轉(zhuǎn)換時，隨著信號頻率升高，輸出信號就會在時間上延遲，出現(xiàn)所謂的開關(guān)轉(zhuǎn)換失真。甲乙類功放是通過改變偏置的方法來減少交越失真，它將甲類功放的高保真度與乙類功放折衷，從而在一定程度上 解決了上述效率高與失真大之間的矛盾。 通過對設(shè)計要求和設(shè)計方案的分析，本課題采用 LM1875 作為功率放大器。 5mV 的 dB數(shù)為： dB44)77 (20 ???？紤]到音調(diào)級必要的衰減，增益為－2dB 左右 。則各級的增益如下： * 功放級： 52dB * 音調(diào)控制級： 2dB。 單元電路的設(shè)計 前置放大級 ① 電路形式的選擇 由于信號遠輸入的信號幅度較小。因此要用電壓放大電路對信號輸入的音頻信號電壓進行放大，對于信號源，其負(fù)載約為 47KΩ ，所以選用電壓串聯(lián)負(fù)反饋方式的同相比例放大器，它可以使輸入電阻增大，輸出電阻減小，且輸入輸出電壓同相。 其中第一級實際上是一個電壓跟隨器，它提高了帶負(fù)載的能力。當(dāng)輸入為 5mV 時，不足以讓二 極管導(dǎo)通，此時 LF353（ 2）為放大器，信號將放大 160倍后到音調(diào)控制級的輸入端。 ③ 各元件的參數(shù)選擇和計算 電路中電容 C11 是用作噪聲去耦合的，可以用小體積大容量的鉭電容 或普通電解 電容，一般可選為 10μ F， R11 可選用較大的電阻，取 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 1MΩ ，電阻 R12 取 10K， LF353（ 2）構(gòu)成的是放大倍數(shù)為 160 的電壓放大電路，同相交流放大電路的平衡電阻可盡量選得大一些，一般為 10K 以上，這樣有利于提高放大電路的輸入電阻，由于輸入電阻為 47K，故選 RP2 的阻值為 47K， R21 取 1K，耦合電容 C12為 10μ F。 C21， C22， C23， C24，主要用于電源旁路濾波，一般 C21， C23用電解電容，其值為 220μ F， C22， C24用普通的電容，一般取值為 22μ F。 15V 的直流穩(wěn)壓電源。因此，音調(diào)控制器的電路可以由低通濾波器和高通濾波器構(gòu)成。 圖 23 音調(diào)控制級電路圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 圖中，電位器 33RP 用來調(diào)節(jié)音量的大小，即為音量控制電路。 工作狀態(tài)及元件參數(shù)計算： 第一：低頻時的情況： 低頻提升與衰減，電路圖如下圖 4（ a）和圖 4（ b）所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBATitleNumber RevisionSizeA4Date: 13May2020 Sheet of File: F:\新新新新新\ Drawn By:R1 R2R4RP1C2A1GND+VCCVeeViVo新新a新A1R1 R2R4C1RP1Vee+VCCGNDViVo新新b新 圖 24 低頻提升與衰減電路 增益為： A（ jω ） =ViVo =[(RP31+R32)/R31]*[1+(jω )/ω2]/[1+(jω )/ω 1] 式中：ω 1=1/（ RP31*C32）， ω 2=（ RP31+R32） /（ RP31*R32*C32） 當(dāng) ffL1 時， C32 可視為開路，運算放大器的反向輸入端視為虛地，R34 的影響可以忽略，此時電壓增益 AVL=(RP31+R32)/R31 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 在 f=fL1 時，因為 fL2=10fL1，故可得 AV1=(RP31+R32)/ 2 R31 此時，電壓增益 AV1 相對于 AVL 下降了 3dB。 同理可得低頻衰減的相應(yīng)表達式。在 f=fH1時